Alumínium rozsda？

1. Bevezetés

A kérdés - Vajon az alumínium rozsdás?” gyakran merül fel az anyagfejlesztésben, ipari formatervezés, és még a mindennapi barkácsprojektek is.

Szigorúan véve, A rozsda a vas -oxidra utal, A vas és acél pelyhes vöröses-barna korróziós terméke.

Mert az alumínium eltérő oxidot képez (alumínium -oxid), Technikai szempontból nem rozsdásodik úgy, ahogy a vas. Azonban, Az alumínium bizonyos körülmények között korrodálhat.

Ez a cikk magyarázza az alumínium oxidáció mögött meghúzódó kémiát, ellentétben a vas rozsdásodással, különféle korróziós módokat vizsgál, és körvonalazza a védőstratégiákat.

2. A „rozsda” és. Alumínium -oxid

Technikailag, A rozsda a vöröses-barna pelyhes anyagra utal-vas -oxid- Ez akkor formálódik, amikor a vas reagál az oxigénnel és a nedvességgel.

Alumínium, színesfémként lenni, Nem rozsdásodik ilyen módon. Helyette, átesik oxidáció, Nehéz előállítani, színtelen, és tapadó réteg alumínium -oxid (Al₂o₃).

Ez az oxidréteg szinte azonnal kialakul levegő és víz jelenlétében, egy természetes gát létrehozása, amely gátolja a további korróziót.

Míg ezt a folyamatot néha „fehér rozsda” -nak nevezik laikus értelemben, Alapvetően különbözik az acél rozsdásodásától.

3. Védő -oxidréteg alumíniumon

Natív oxidképződés és vastagság

Azonnal a levegő expozíció után, Az alumínium natív oxidja ~ 2–5 nm vastagságú. Filmkészítési tanulmányok (XPS, ellipszometria) Erősítse meg, hogy ez a réteg másodpercek alatt kialakul -e.

Száraz levegőben, vastagság fennsík; Nedves környezetben, kissé megvastagodhat (5–10 nm) de továbbra is védő.

Önmeghosszabbító mechanizmus

Ha egy kis karcolás megsérti az oxidot, Friss alumínium alatt oxidálódik a film javítása érdekében.

Ez öngyógyító A mechanizmus biztosítja a folyamatos védelmet, amíg elegendő oxigén- vagy vízgőz létezik.

Korlátozott-oxigén beállításokban (PÉLDÁUL., víz alatti stagnáló vízben), A passziváció továbbra is előfordulhat, de lassabb lehet.

Az al₂o₃ mechanikai és kémiai tulajdonságai

Alumínium -oxid az:

• Kemény (Mohs ~ 9), növekvő felületi karcállóság.
• Kémiailag stabil Semleges és lúgos közegben legfeljebb pH -ig 9, Bár erősen savas megtámadta (pH < 4) vagy lúgos (pH > 9) környezet.
• Alacsony elektromos vezetőképesség, amely hozzájárulhat a lokalizált korrózióhoz (PÉLDÁUL., beillesztés) bizonyos feltételek mellett.

4. Az alumínium korróziós viselkedése különböző környezetekben

Légköri expozíció

• Száraz éghajlat: Minimális további oxidáció a natív filmen túl; A megjelenés továbbra is ragyogó.
• Nedves levegő: Az oxidréteg kissé megvastagodik, védelem fenntartása. Szennyező anyagok (Tehát, Nemₓ) megsajulhatja a harmatot, Enyhe poggyártás okozva.
• Tengeri légkör: Kloriddal terhelt aeroszolok támadják meg az oxidot, pimaszhoz vezet, ha a védő bevonatok hiányoznak.

Vizes környezet

• Édesvízi: Az alumínium ellenáll az enyhe semleges víznek, stabil al₂o₃ alkotása.
• Tengervíz: Nagy klorid (~ 19 000 ppm) előmozdít hüvelyes korrózió. Kis gödrök képződhetnek, de az egységes korrózió továbbra is alacsony.
• Savas/lúgos oldatok:

• • pH < 4: Az oxid feloldódik, A csupasz fém gyors támadásnak való kitettsége.
  • pH > 9: Az oxid oldódik (Al₂o₃ oldhatóság növekszik), aktív korrózióhoz vezet.

Magas hőmérsékleti oxidáció

~ 200 ° C feletti levegőben, Az oxidréteg vastagabbá válik (legfeljebb a mikrométerekig) egy parabolikus sebesség -trendben.

Miközben még mindig védekez, Az AL és az Al₂o₃ közötti differenciális termikus terjeszkedés gyorsan lehűthet a spallációt. A motor alkatrészeiben (PÉLDÁUL., dugattyú), A tervezés a kontrollált oxid növekedését tartalmazza.

Galvanikus korrózió

Amikor az alumínium nemesebb fémet érint (acél, réz) elektrolit jelenlétében, Az alumínium az anódvá válik, és elsősorban korrodálódik.

Megfelelő szigetelés vagy katódos védelem megakadályozza a galván támadást.

5. Alumínium korrózió típusai

Bár az alumínium natív oxidfilmje sok körülmények között jelentős védelmet nyújt, Különböző környezetek és feszültségek megkülönböztető korróziós módokat válthatnak ki.

Egységes korrózió

Egységes korrózió (Néha általános korróziónak hívják) a kitett felületeken viszonylag egyenletes fémvesztést von maga után.

Alumíniumban, Egységes korrózió akkor fordul elő, amikor a védő -oxid (Al₂o₃) feloldódik vagy kémiailag instabil lesz, lehetővé téve, hogy az alapul szolgáló fém szinte állandó sebességgel oxidálódjon.

Hüvelyes korrózió

A hüvelyes, amikor a klorid vagy más agresszív anionok megsértik a passzív al₂o₃ gátot egy lokalizált helyen.

Egyszer egy gödörmag, Helyi savasodás következik be (Az oldott Al³⁺ hidrolízise miatt), Az alumínium -oxid további feloldása és a gödör mélységének felgyorsítása.

A gödör morfológiája gyakran keskeny és mély, kihívást jelent a felismerés a jelentős behatolás előtt.

Granuláris korrózió

Granuláris korrózió (IGC) Preferenciálisan megtámadja a gabona határrégiót, gyakran, ahol az ötvöző elemek kicsapódtak a hőkezelés során (PÉLDÁUL., 150–350 ° C hőmérsékleten).

Ezek a csapadék (Cu -gazdag, Mg₂si, vagy al₂cu) kimerítse az ötvöző oldott anyag szomszédos mátrixát, keskeny anódos út megteremtése a gabonahatárok mentén.

Korrozív környezetbe merítve, A gabonahatárok korrodálódnak a gabona belső terek előtt, ami a gabona elhagyásának vagy törékeny meghibásodási útvonalait eredményezi.

Stressz-korrózió-repedés (SCC)

Az SCC egy szinergetikus meghibásodási mód, amelyhez három feltétel szükséges: érzékeny ötvözet, korrozív környezet, és húzóstressz (fennmaradó vagy alkalmazott).

Ilyen körülmények között, A repedések a fém/oxid felületen kezdeményeznek, és internikálisan vagy transzgranulárisan szaporodnak a stressz szintjén, jóval a hozamszilárdság alatt.

Hasadás korrózió

A hasadás korróziója árnyékolt vagy zárt területeken alakul ki - a tömítések alatt, szegecsfejek, vagy öl -ízületek - ahol egy stagnáló elektrolit kimerül az oxigénből.

A résen belül, A fém oldódás al³⁺ -t generál, és savassá teszi a helyi környezetet (Al₂o₃ → al³⁺ + 3Ó⁻).

A katódos reakció (oxigéncsökkentés) a résen kívül fordul elő, További anódos feloldódás vezetése a belsejében.

Klorid -ionok koncentrálódnak a résbe, hogy fenntartsák a töltés semlegességét, A támadás felgyorsítása.

Összefoglaló táblázat - alumínium korróziós mechanizmusok

6. Összehasonlító hatások a korrózióállóságra

Az alumínium belső korrózióállósága a vékony gyors képződéséből fakad, tapadó alumínium -oxid (Al₂o₃) film.

Viszont, A mérnöki gyakorlatban, Szinte az összes szerkezeti alumíniumot ötvözött formában használják, és minden ötvöző elem jelentősen befolyásolhatja az oxidréteg stabilitását és védelmét.

Tiszta alumínium vs. Alumíniumötvözetek

• Tiszta alumínium (1100 sorozat): Kivételes korrózióállóság a minimális intermetallikumok miatt; vegyi berendezésekhez használják.
• 2XXX sorozat (Al-CU): Alacsonyabb korrózióállóság, Különösen a csapadékkal keményített ötvözetek (PÉLDÁUL., 2024), hajlamos az SCC és az intergranuláris támadásra.
• 5XXX sorozat (Al - mg): Jó tengeri korrózióállóság; Általános a hajótestekben (PÉLDÁUL., 5083, 5052).
• 6XXX sorozat (Al -mg -i): Kiegyensúlyozott erő és korrózióállóság; széles körben használják az építészeti extrudálásokban (PÉLDÁUL., 6061).
• 7XXX sorozat (Al - Zn - Mg): Nagyon nagy szilárdságú, de megfelelő kezelés nélkül érzékeny az SCC -re.

Réz szerepe, Magnézium, Szilícium, Cink, és más elemek

• Réz: Növeli az erőt, de csökkenti a korrózióállóságot és a pontos ellenállást.
• Magnézium: Fokozza a korrózióállóságot a tengeri környezetben, de elősegítheti a granuláris korróziót, ha nem ellenőrzik.
• Szilícium: Javítja a folyékonyságot és az önthetőséget; Az olyan ötvözetek, mint az A356, szerény korróziós teljesítményt mutatnak.
• Cink: Hozzájárul az erőhez, de csökkenti az általános korrózióállóságot.
• Nyomelemek (FE, MN, CR): Minimalizálja a káros intermetallikát; Az MN segít finomítani a gabonaszerkezetet, javítva a korrózió viselkedését.

Hőkezelés és mikroszerkezet befolyásolása

• Oldat hőkezelése és öregedése: Feloldja a káros csapadékokat, A granuláris korrózió csökkentése.
• Túlterhelés: A gabonahatárokon a durván csapadékok súlyosbíthatják a korróziót.
• Csapadékkeményítés: Gondos ellenőrzést igényel az erő és a korrózió kiegyensúlyozása érdekében.
• Hőtű munka: Hidegmunkás (PÉLDÁUL., gördülő) olyan diszlokációkat eredményezhet, amelyek javítják a helyi korróziót, hacsak nem követi a megfelelő izzítás.

7. Védőintézkedések és felületkezelések

Eloxálás

• Folyamat: Az elektrolitikus oxidáció vastagabb Al₂o₃ réteget épít (10–25 μm).
• Típus:

• • Kénsav Eloxálás (II. Típus): Általános az építészeti és fogyasztói termékeknél (kiszínezhető).
  • Kemény megoxálás (III. Típus): Vastagabb (25–100 μm), nagy kopásállóság; A gépekben és az űrben használják.
  • Krómsav eloxálása (I. típusú): Vékonyabb (5–10 μm), jobb korrózióállóság, minimális dimenziós változás; a repülőgép -alkatrészekhez használják.

• Előnyök: Fokozott korrózióvédelem, Javított tapadás a festékekhez, dekoratív kivitel.

Átalakító bevonatok

• Kromátkonverziós bevonat: Hexavalens vagy háromértékű króm-alapú; Jó korrózióállóságot és a festék tapadását biztosítja.
  A környezetvédelmi aggályok háromértékű alternatívákat vezetnek.
• Foszfát bevonatok: Ritkábban gyakori az alumíniumon; Időnként a festék tapadásának javítására használják.
• Nem-króm alternatívák: Fluorid-alapú, cirkonát, vagy titanát -vegyszerek, amelyek korrózióvédelmet nyújtanak hexavális króm nélkül.

Organikus bevonatok

• Folyékony festékek: Epoxi alapozók, poliuretán felső kabátok, vagy a fluoropolimer befejezések védik a nedvességet és az UV -t.
• Porbevonat: Poliészter, epoxi, vagy poliuretán porokat alkalmaznak és sütnek tartós filmek kialakításához. A vastagabb lefedettség ellenáll a korróziónak és a kopásnak.

Katódos védelem és áldozati anódok

• Áldozati anódok (Cink, Magnézium): A tengervízben használják az elmerült alumíniumszerkezetek védelme érdekében; Az anód elsősorban korrodálódik.
• Lenyűgözött áram: Ritkábban gyakori a kis alumínium tárgyaknál; Nagy tengeri szerkezetekhez használják.

8. Következtetés

Alumínium igen nem rozsdás a hagyományos értelemben, de az Korrodál, Általában stabil oxidréteget képez, amely megóvja azt a további támadástól.

Az anyag korrózióval szembeni ellenállása, kombinálva annak szilárdság-súly arányával, Ideálissá teszi az iparágak számára az űrhajótól az építkezésig.

Viszont, A korróziós mechanizmusok megértése, környezeti korlátozások, és a védő intézkedések elengedhetetlenek annak hosszú élettartamának és teljesítményének biztosításához.

A megfelelő ötvözet kombinálásával, felszíni kezelés, és tervezési szempontok, Az alumínium évtizedes karbantartásmentes szolgáltatást nyújthat.

 

Általános téves elképzelések

Annak ellenére, hogy az alumínium korróziós viselkedését alaposan megvizsgálták, Számos félreértés továbbra is fennáll mind az iparban, mind a népszerű diskurzusban.

E téves elképzelések kezelése segíti a mérnököket, tervezők, És a végfelhasználók megalapozott döntéseket hoznak az alumínium alkatrészek kiválasztásakor vagy karbantartásakor.

„Az alumínium soha nem korrodál”

A széles körben elterjedt hit szerint az alumínium átjárhatatlan a korrózió minden formájához. Valóságban, Bár az alumínium nem rozsdásodik, mint az acél, Még mindig korrózión megy keresztül.

Természetes oxidfilmje (Al₂o₃) szinte azonnal a levegőnek való kitettség után alakul ki, Kiváló - de nem abszolút - védekezés biztosítása.

Agresszív körülmények között, például kloridban gazdag környezetben vagy savas csatornákban, Ez a passzív réteg lebontható, Palt vagy hasi korrózióhoz vezet.

Ezért, míg az alumínium gyakran felülmúlja a bevonat nélküli acélt, Ennek továbbra is megfelelő ötvözet -kiválasztását és felületkezelését igényli a hosszú élettartam szempontjából.

„A fehér por az alumíniumon ártalmatlan”

Amikor az alumínium felületek fehéren alakulnak ki, A poros maradványok - amelyeket „fehér rozsda” -nak neveznek - sokan azt feltételezik, hogy ez nem jelent fenyegetést.

Viszont, Ez a por a magas páratartalom vagy kémiai expozíció alatt álló hidroxid vagy karbonátlerakódásokból származik.

Cím nélkül maradt, Ezek a lerakódások megtarthatják a nedvességet a fém ellen, A lokalizált korrózió elősegítése a felhalmozás alatt.

A rendszeres tisztítás és a védő bevonat alkalmazása kritikus jelentőségű az alapul szolgáló károk megelőzése érdekében, Különösen a kitett fémlemezen vagy a szerkezeti tagokon.

„Az összes alumínium ötvözetnek ugyanaz a korróziós viselkedése”

Egy másik tévhit az, hogy az összes alumíniumötvözet egyenletes korrózióállóságot mutat. Valójában, Az ötvöző elemek drámai módon megváltoztatják a teljesítményt.

Például, 5XXX sorozat (Mg-hordozó) Az ötvözetek kiváló ellenállást mutatnak a tengeri beállításokban,

Míg a 2xxx és a 7xxx sorozat (CU- és a zn-hordozó) hajlamosak a foltozásra és a stressz-korrózió repedésére, ha kezeletlen maradnak.

Feltételezve, hogy olcsó, A nagy szilárdságú ötvözet elegendő lesz minden környezeti kockázattal korai kudarcban.

Így, A helyes sorozat és a temperamentum meghatározása - és esetleg eloxálás vagy burkolat alkalmazása - biztosítja a kívánt élettartamot.

„A galvanikus korrózió csak szélsőséges körülmények között számít”

Egyes tervezők szerint a galvanikus korrózió csak nagyon agresszív vagy merülő szolgáltatásban fordul elő.

Igazságban, Még nyomkövetési nedvességet is, mint például a reggeli harmat a part menti éghajlaton, elegendő vezetőképességet hozhat létre

Galván sejt kezdeményezése az alumínium kötőelemek és a rézvezetékek között, vagy alumínium burkolat a rozsdamentes acélral érintkezve.

Idővel, az anódos alumínium elsősorban korrodálódik, az ízület meglazulásához vagy szerkezeti gyengüléséhez vezet.

Ennek elkerülése érdekében, A mérnököknek mindig szigetelniük kell a különféle fémeket, vagy meg kell határozniuk a kompatibilis rögzítőelemeket.

„Az eloxálás az alumínium teljesen korrózióállóvá teszi”

Az eloxálás minden bizonnyal javítja a korrózióállóságot az oxidréteg megvastagításával, de ez nem teszi az alumínium sérthetetlenné.

A keményen elindított felületek mikroterepeket fejleszthetnek ki, ha termikus ciklusnak vagy mechanikai feszültségnek vannak kitéve, És megfelelő tömítés nélkül, maradnak porózusan az agresszív ionokig.

Következésképpen, Ha kizárólag egy standard kén-savra támaszkodik, a tengeri környezethez, az idő múlásával elindulhat.

Az eloxálás és a tömítések kombinálása, felsőfesték, vagy a katódos védelem gyakran szükségessé válik az igényes alkalmazásokhoz.

„A magas tisztaságú alumínium enyhíti az összes korrózió -aggodalmat”

A tisztaság javítja az alumínium oxidációval szembeni veleszületett ellenállását, még 99.99% A tiszta alumínium réskorróziót szenvedhet tömítések alatt vagy lezárt házakon belül.

Nyomkövetési szennyeződések - Iron, szilícium, Réz - Koncentráljon a gabonahatárokon, lokalizált galván sejtek létrehozása.

Gyakorlatban, nagyon nagy tisztaságú alumíniumötvözetek (PÉLDÁUL., 1100) Korlátozottan használja a strukturális alkalmazásokban, pontosan azért, mert hiányzik a mechanikai szilárdság a lokalizált támadások kompenzálására.

A tisztaság kiegyensúlyozása a szükséges ötvöző elemekkel továbbra is nélkülözhetetlen.